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【科普】陀螺旋转的时候为什么不会倒---糊涂者请自重
[楼主] 作者:云野鹤  发表时间:2010/10/19 12:18
点击:3264次

在小时候曾经玩过陀螺的成千上万个人里面,恐怕没有多少人能够正确地回答这个问题,为什么一个直立着转甚至歪斜着转的陀螺会出乎意料地不倒呢?是什么力量把它维持在这种好像很不稳定的状态呢?难道它能不受重力的作用吗?
原来,这里有一种极有趣的力的相互作用。陀螺的原理很不简单,这里不打算深入研究。这里只谈一谈旋转着的陀螺所以能够不倒的基本原因。

图172是一个照着箭头所指的方向旋转着的陀螺。请注意它边上写着A字的那一部分,和在它对面写着B字的那一部分。A的部分在离开你,而B的部分在向着你转过来。现在再看,当你把陀螺的轴向你自己这一面侧倒的时候,这两部分会起什么样的运动。你这样推它,就是使A的部分的运动向上斜,B的部分的运动向下斜;使这两部分都得到一种跟自己本来的运动成直角的推动。可是,陀螺在很快旋转的时候,它的圆周速度非常大,而你推它的时候所给它的那个速度却很小。一个小速度和一个大速度结合而成的速度,自然跟圆周的大速度相差不大。所以陀螺的运动几乎没有改变。陀螺好像抵抗着一切想把它推倒的力。同时陀螺越重和转得越快,就越能顽强地抵抗推倒它的力。这就是陀螺能够不倒的原因。

这个解释,在本质上同惯性定律有直接关系。陀螺上的每一个点,都在一个跟旋转轴垂直的平面里沿着一个圆周转。按照惯性定律,每一个点随时都竭力想使自己沿着圆周的一条切线离开圆周。可是所有的切线都同圆周本身在同一个平面上。因此,每一个点在运动的时候,都竭力想使自己始终留在跟旋转轴垂直的那个平面上。由此可见,在陀螺上所有跟旋转轴垂直的那些平面,也竭力在维持自己在空间的位置。这就是说,跟所有这些平面垂直的那旋转轴本身,也竭力在维持自己的方向。

我们不准备研究陀螺在外力作用下所发生的一切运动。这需要做很多解释,未免会枯燥无味。我只想解释一下,一切旋转物体所以能够使它们的旋转轴的方向保持不变,原因在哪里。



※※※※※※
知之为知之,不知为不知,是为人的基本素质,意思是不知道别瞎扯
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[楼主]  [2楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/19 12:18 

关于一楼的文章是否解答了自己提出的问题
为什么一个……歪斜着转的陀螺会出乎意料地不倒呢?是什么力量把它维持在这种好像很不稳定的状态呢?难道它能不受重力的作用吗?

网友们的意见不尽相同


 

反对一楼观点的网友:

新华网:
作者:西城老孩 于 2010-09-14 21:32:51 发表
你(一楼)的解释属于狗带嚼子-------胡擂!

作者:星空葡萄干
一楼的因果关系是"伪因果关系"

百度物理吧"碘化亚铜"网友的点评:
【一楼的解释纯粹是胡扯蛋】

科学松鼠会:
原帖由 cetus 于 2010-9-19 08:58 发表
你們時間太多吧?1l那個sb俄國科普作家的解釋根本就是不沾邊的。

原帖由 sunmc 于 2010-9-2 17:23 发表
说实话我也没明白一楼的解释 ...

原帖由 晒太阳的冰 于 2010-8-7 17:09 发表
是这样么......?感觉度不对

原帖由 疯和尚 于 2010-7-15 09:47 发表
初看似乎觉得别来李曼的解释靠谱,可是想到确实见到过你附图所示的那种自转陀螺悬空,又觉得有点问题

原帖由 aqdd 于 2010-7-15 09:55 发表
别莱利曼的这个解释我也没看明白 ...

原帖由 不懂数学 于 2010-6-16 16:04 发表
本来就是科普,就不严谨,要是严格要求的话,我觉得文章中的解释是错的

原帖由 fhcsolo 于 2010-9-28 14:31 发表
我精神上支持你(打假)

本论坛:
作者:wangyanqiang  发表时间: 2010/10/11 23:38

陀螺在很快旋转的时候,它的圆周速度非常大,而你推它的时候所给它的那个速度却很小。一个小速度和一个大速度结合而成的速度,自然跟圆周的大速度相差不大。所以陀螺的运动几乎没有改变(这种说法是错误的)。

陀螺好像抵抗着一切想把它推倒的力。同时陀螺越重和转得越快,就越能顽强地抵抗推倒它的力。这就是陀螺能够不倒的原因(这只是现象,不是原因)。

繁星客栈:
philics 8# 大 中 小 发表于 2010-10-7 13:01
一楼的解释不对

…………




支持一楼观点的网友


科学松鼠会:
原帖由 sunx5 于 2010-7-13 14:38 发表
似乎看懂了。

本论坛
作者:zyh618 发表时间: 2010/10/10 11:20
就是这么简单嘛!
……在这里用你的名义科普就笑话了,向别的网站科普也应当引用我的大名。
曾云海

…………
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统计不完整,各地网友还在陆续发表看法,以后将不定期更新此楼

[楼主]  [3楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/19 12:19 

备用

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[楼主]  [4楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/19 12:19 

备用

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知之为知之,不知为不知,是为人的基本素质,意思是不知道别瞎扯
 [5楼]  作者:zyh618  发表时间: 2010/10/19 12:30 

糊里糊涂骂的人太不自重了,包括野鹤。


曾云海
 [6楼]  作者:ly6125  发表时间: 2010/10/19 12:37 

知其所以然!有科学精神是好的 !
[楼主]  [7楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/19 12:40 

回复【6楼】
欢迎
如无不妥,请点评一楼
意见分歧在2楼,可参考

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知之为知之,不知为不知,是为人的基本素质,意思是不知道别瞎扯
 [8楼]  作者:zyh618  发表时间: 2010/10/19 14:20 

夜貉,

你这个主题贴发了三遍了(发后贴删前贴),一楼是科普读物(我起先还以为是你自己的东西,后来才知道,发这个科普主题帖的都不是你),你是赞同骂主楼为胡擂、胡扯蛋、不沾边那三人的。你自己又说不出为什么不倒,你是只会叫的哑獐子。


曾云海
[楼主]  [9楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/19 23:30 

继续邀请网友点评一楼,给出具体意见

另请变态者自重

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 [10楼]  作者:zyh618  发表时间: 2010/10/20 00:13 

夜貉,

你怎么这么不自重呀。



曾云海
[楼主]  [11楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/20 12:13 

增加繁星客栈网友评论

繁星客栈:
philics 8# 大 中 小 发表于 2010-10-7 13:01
一楼的解释不对>



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 [12楼]  作者:zyh618  发表时间: 2010/10/20 12:28 

你的标题是陀螺进动问题,你就必须说出进动是什么?

这里不是编写教材的,你认为教材对、就无庸评论。认为教材不对,就必须有根据的指出不对的地方。



曾云海
[楼主]  [13楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/23 10:27 

继续更新
本论坛久广网友

作者:jiuguang 发表时间: 2010/10/23 02:20
【你对该文最后的“这就是陀螺能够不倒的原因”怎么看?】
不怎么样。与牛顿力学相差太远。
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知之为知之,不知为不知,是为人的基本素质,意思是不知道别瞎扯
 [14楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/23 10:56 

同样是人,有的人可以走钢丝,有的人却站不住。站立的物体不倒不是取决于重力,而是取决于自身的平衡。从理论上讲,一个绝对平衡的物体,不论它是否运动,都不会倒。但是,绝对平衡的物体不存在,一个不平衡的物体就会向重力偏重的方向倒下。陀螺的偏重在旋转中不断转移,当偏重转移的速度大于倒下的速度时,陀螺在运动中获得了新的平衡,保持不倒。当偏重转移的速度小于倒下的速度时,这种平衡被打破,即使陀螺仍在运动,也会倒下。
[楼主]  [15楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/23 19:05 

欢迎14楼光临
【陀螺在运动中获得了新的平衡,保持不倒】
是“力”的平衡,还是“力矩”平衡?

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请jiuguang网友仔细研读一楼,如无不妥,请重新给出评论

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知之为知之,不知为不知,是为人的基本素质,意思是不知道别瞎扯
 [16楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/24 09:44 

只要弄懂力和力矩的关系,你就不会再问是力矩平衡还是力平衡。
[楼主]  [17楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/24 10:16 

别废话
请你告诉观众

【陀螺在运动中获得了新的平衡,保持不倒】
是“力”的平衡,还是“力矩”平衡?

1、力(mg)
2、力矩(M)
3、不知道

你选哪个?


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 [18楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/26 11:39 

对不起,图和演算步骤贴不上。陀螺运动不直观,你看不到力的变化。请你拿一根绳子拴一个小铁球,垂直向下。固定绳端,轻轻摆动小球,使小球作圆周运动,绳子和垂心形成一个夹角。这时小球受三个力,绳子的拉力;重力;离心力。它们的关系是离心力和重力的矢量和等于拉力。在这个运动中,重力不等于MG,随小球的运动速度变化,换句话说就是:重力=拉力-离心力(矢量运算)小于MG。随着小球的速度增加,离心力增加,绳子和垂心趋向于90度时,离心力和拉力在同一平面内,离心力等于拉力。此时:重力=拉力-离心力=0,合力为零,实现新的平衡。道理很简单,一个物体同时受到作用在一条直线上两个大小相等的拉力,只要拉力足够大,物体就不会受重力的约束。如果不信,你可以拿绳子拴一个小球拉一拉试试,看看它是不是能摆脱重力的约束。旋转小球的离心力来源于运动的速度,所以能否摆脱重力,速度是关键。
[楼主]  [19楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/26 11:54 

【重力=拉力-离心力=0,合力为零】
别的先不说,你是否认为17楼正在进动的陀螺,对支座的压力=0?


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 [20楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/26 17:21 

有意思吗?
[楼主]  [21楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/26 22:48 

没意思
只是想知道17楼的图中,什么东西被平衡掉了
当然,说不说是你的自由

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 [22楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/27 12:31 

我只想告诉你陀螺不倒的原理是旋转速度产生的离心力达到一定程度时可以使偏重消失,陀螺保持不倒。不明白,自己去想, 理论推导,实验验证人人可做。一个科普级的玩意,既不能创造经济效益,也不能扬名立万,大可不必这么盛气凌人。本来就是一乐子,乐子不乐,没劲。陀螺终究是要倒下的,为什么陀螺旋转会减速?经过多长时间会倒下?自己去想。想不明白,没办法。千万别问我陀螺进动,那是你的结果。既不要把两个理论强加在一起,也不要断章取义去验证别的理论。 有话好好说,大家都高兴。不要问那些不咸不淡的问题,没意思。
[楼主]  [23楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/27 12:39 

【我只想告诉你陀螺不倒的原理是旋转速度产生的离心力达到一定程度时可以使偏重消失,陀螺保持不倒】

“偏重消失”
“偏重”是什么?
在17楼中,“偏重”是否=mg?

这些问题不讲清楚,就要给别人“科普”?

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 [24楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/27 15:29 

偏重就是不平衡的重力,14楼刚讲过,怎么转眼就忘了?没事别找事。
[楼主]  [25楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/27 15:57 

对【24楼】说:

既然你不肯明确回答,那我就认为此图mg就是“偏重”了
根据你的理论,【离心力达到一定程度时可以使偏重消失,陀螺保持不倒】
显然mg消失了

如果此陀螺刚好放在秤盘上,是不是只能显示支座的重量?



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 [26楼]  作者:lywcy68  发表时间: 2010/10/27 18:01 

嘿嘿,自转角速度ω越大,则进动角速度Ω越小?
如果ω接近于零,Ω岂不是趋于无穷大?

dL=Mdt也只是一个把结果当原因瞎凑出来交差的应付式答案。

录像显示,挡住它,阻止其进动时,陀螺照样不倒。说明重力矩虽然是发生进动的原因,但不是维持倾角使其不倒的原因。
 [27楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/28 10:20 

对【25楼】说:

不仅严重脱离实际,而且爱专牛角。我是真的不想说你,就你那图,就你那运动模式,它是陀螺运动的标准模式吗?它能像陀螺那样自由旋转而不倒吗?就算你有魔法可以让它转起来,并达到一定的速度,MG消失了,没有对称结构,如何平衡比重力更大的离心力?按照力的平移法制,把离心力平移到底座上,就会变成更大的力矩,不知道你的底座如何平衡这样的力矩?还要拿称去称,你会称力矩吗?力矩能称吗?这样的运动在现实中存在吗?还要把自己的观点强加于别人,拿你的图说事,牛头能对马嘴吗? 我不反对你研究进动,我只是想说,不论陀螺旋转是否进动,都可以保持平衡。拿陀螺说事,拿个标准的陀螺运动模式不更好吗?

标准的陀螺,原则上是一个上大下小的倒锥体,虽然可以有所变化,但不能脱离原则。上大是为了获得较大的惯性力,下小是为了减小阻力,对称是为了更容易实现平衡。陀螺倒下的原因是因为存在不平衡的偏重。偏重来自两个方面:一、陀螺本身的几何误差和材质不匀,但这方面的影响不大,因为制作陀螺时会把这样的误差尽量减小的极限。二、陀螺在运动中旋转的轴线不可能绝对垂直,偏差越大,偏重越大。所以立着的陀螺比歪着的陀螺更容易平衡,转的时间越长。这是陀螺偏重产生的主要因素。陀螺在惯性作用下自由运动,这一点很重要,因为只有在没有外力干扰的自由旋转中旋转轴线才是真正的平衡中心线,它可以保证陀螺各质点的离心力的平衡,实现离心力合力为零。这是陀螺平衡的先决条件。如果不能实现离心力平衡,偏重就不会消失,转的再快也没用。陀螺平衡的条件,已经讲过。任何力的产生都不是无缘无故的,陀螺旋转是惯性的作用。陀螺产生的一切物理效应,都是惯性作用转化的结果。所以陀螺的运动不是任意运动,产生的效应也是极其有限的,万万不可夸大。这只是定性分析陀螺不倒的原因,具体的陀螺旋转,不仅需要定量分析,精确计算,而且还受操作方法,环境影响,等诸多因素的制约。

[楼主]  [28楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/28 10:37 

【就你那图,就你那运动模式,它是陀螺运动的标准模式吗?它能像陀螺那样自由旋转而不倒吗?】
那是教科书的插图,不是我的
你在怀疑教科书?
你是否相信下面这个事实?


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 [29楼]  作者:czlasst  发表时间: 2010/10/28 11:39 

你随便做一个试试,然后再称一称,不就明白了吗?反正我做了几个,都不行。估计要是做成螺旋桨,就会飞起来。
[楼主]  [30楼]  作者:云野鹤  发表时间: 2010/10/28 13:42 

回去恶补初中物理吧

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